聚吡咯致动器机电耦合模型构建及性能分析

发布时间：2021-06-10 22:31

　　采用自行搭建的聚吡咯致动器弯曲特性测试系统,研究不同长度致动器顶端的弯曲变形量,建立弯曲位移与电压的函数关系式;运用ANSYS软件中机电耦合模块对聚吡咯致动器进行位移仿真,并通过对比试验与仿真结果,验证了机电耦合等效模型可以更加有效地模拟致动器的弯曲运动。 

【文章来源】：机械设计. 2020,37(09)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

致动器结构示意图

致动器的弯曲响应特性主要是PPy层发生氧化还原反应导致的，其实质是掺杂与脱掺杂过程[11]。致动器两侧施加电压时，正极侧PPy层吸收电解液中的掺杂阴离子TFSI-使其体积膨胀，相反，负极侧PPy层排斥阴离子TFSI-发生还原反应(Reduction)，导致该侧体积收缩。最终完成化学能向机械能的转换，进而实现致动器向电源负极方向弯曲变形[2]。PPy层发生的氧化还原反应如图2所示。2 弯曲运动测试

聚吡咯致动器的电致伸缩效应主要表现在其自身发生氧化还原反应引起的弯曲变形上，0～1.0 V的低电压足够让致动器顶端产生正常的弯曲变形，位移测控系统装置如图3所示。试验采用MATLAB/Simulink模块产生驱动电压信号，并且由高速模拟量数据采集卡(PCI-1710U)的D/A通道接口经电极夹施加到致动器两侧，同时采用非接触式的激光位移传感器(FT50)测量致动器顶端的位移量，并通过数据采集卡的A/D通道将数据传入到计算机中。整套位移测量系统还使用了稳压电源(EM1 713 A)、位移传感器(LY60-LB)、高速摄像机(In Line系列)及信号发生器(F20 A)等仪器设备对致动器进行弯曲位移的采集。试验选取尺寸为10 mm×2 mm×0.17 mm的薄膜材料进行测试，并且采用含有0.5 mol Li+TFSI-的碳酸丙烯酯溶剂溶液作为试验用电解液。图4给出施加不同电压情况下的致动器顶端的弯曲变化情况。


本文编号：3223228